Eletrônica Digital Apresentação e Cap.1 PROF. EDUARDO G. BERTOGNA UTFPR / DAELN

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1 Eletrônica Digital Apresentação e Cap.1 PROF. EDUARDO G. BERTOGNA UTFPR / DAELN

2 Conteúdos da Disciplina: Sistemas Numéricos e Códigos; Portas Lógicas e Algebra Booleana; Lógica Combinacional: Expressões Lógicas, Métodos de Simplificação; Circuitos Lógicos Sequenciais: Flip-Flops, Registradores, Contadores; Memórias semicondutoras; Conversores A/D e D/A; Bibliografia Básica: Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. TOCCI, R.J., 7ª Ed., Editora LTC: Rio de Janeiro, Introdução aos Sistemas Digitais. ERCEGOVAC, M.; LANG, T; MORENO J., Bookman: São Paulo, Sistema de Avaliação: 3 Provas Teóricas (Combinacionais, Sequenciais, Memórias, A/D e D/A) 3 Atividades Práticas Nota Final = 0,6.Provas + 0,3.Práticas + 0,1.APS

3 SISTEMAS DIGITAIS VS. ANALÓGICOS Representações Numéricas Representação Analógica: quantidade representada por outra proporcional à primeira. Ex.1- Posição dos ponteiros de um relógio, representando hora, minuto, e segundo; Ex.2- Deflexão do ponteiro de um voltímetro analógico, dando a leitura de tensão na escala do mostrador; Ex.3- Altura da coluna de mercúrio em um termômetro; Ex.4- Saída de tensão de um microfone, proporcional à amplitude das ondas de som que o atingem. As quantidades analógicas variam continuamente dentro de uma faixa de valores. Por exemplo, entre dois valores de medida de temperatura existem infinitos valores de temperatura.

4 Representação Digital: quantidade representada por símbolos chamados de Dígitos, e não por valores proporcionais. Ex.1- Leitura dos 6 dígitos (hora, minuto, e segundo) de um relógio digital, 2 dígitos para cada uma das representações; Ex.2- Posição de uma chave de 10 posições. As quantidades digitais variam em saltos, ou passos discretos, dentro de uma faixa de valores, sendo por esta razão representadas por dígitos. Sistema Digital Resulta de dispositivos que manipulam quantidades físicas cuja representação está na forma digital, ou seja, na qual os sinais associados as a estas quantidades físicas poderão assumir apenas um número finito de valores discretos.

5 Sistema Analógico Resulta de dispositivos que manipulam quantidades físicas representadas de forma analógica, e portanto, os sinais associados as a estas quantidades físicas poderão assumir um número infinito de valores analógicos contínuos. Digitalização de Sinal Analógico

6 Sistema Digital Resulta de dispositivos que manipulam quantidades físicas representadas na forma digital, ou seja, no qual os sinais associados a estas quantidades físicas poderão assumir apenas um número finito de valores discretos.

7 Vantagem do Uso de Sistemas Digitais 1) Mais fáceis de se projetar e implementar, pois com apenas 2 níveis de tensão pode-se usar dispositivos muito simples como chaves de 2 estados na sua implementação; 2) Capacidade de armazenamento de informação; 3) Exatidão maiores na medida em que se aumenta o nr de dígitos usados na representação; 4) Possibilidade de se programar as operações usando-se um sistema de propósito geral (computador) ao invés de um sistema projetado especificamente para cada tarefa; 5) Maior tolerância a ruídos pois os sistemas digitais são bastante insensíveis à variação nos parâmetros dos componentes, como por exemplo temperatura; 6) Maior integração, com dispositivos mais complexos, de pequenas dimensões, mais rápidos e mais baratos. Desvantagem do Uso de Sistemas Digitais O Mundo real é predominantemente Analógico.

8 Sistemas Numéricos Digitais Sistema Decimal (d/d): Dígitos: (0, 1,... 9) => Ex: 255d Sistema Binário (b/b): Dígitos: (0, 1) => Ex: b Sistema Octal (o/o): Dígitos: (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) => Ex.: 377o Sistema Hexadecimal (h/h): Dígitos: (0, 1, 2,... 9, A, B, C, D, E, F) => Ex. FFH

9 Sistemas Decimal 10 algarismos ou símbolos (0,1,...9) Também chamado de Base 10. Sistema de numeração posicional: Cada dígito tem o seu peso em potências de 10; Escolha natural de uso pelo homem por ele possuir 10 dedos. Dígito em latim significa dedo. Com N Dígitos decimais pode-se ter 10 N valores diferentes.

10 Contagem no Sistemas Decimal

11 Sistema Binário 2 símbolos (0,1), também chamado de Base 2; Sistema de numeração posicional: Cada dígito tem o seu peso em potências de 2; Por terem somente 2 símbolos as representações serão mais extensas que os decimais por exemplo; Com N Dígitos Binários pode-se ter 2 N valores diferentes;

12 Sistema Binário Pode representar qualquer quantidade de outros sistemas de numeração; O Dígito Binário é abreviado por Bit; O Bit mais significativo de um valor é o MSB; O Bit menos significativo de um valor é o LSB. Byte é o conjunto de 8 bits e Nibble é o conjunto de 4 bits ou ½ byte; Kilobyte kb corresponde a 1024 bytes ou 2 10 bytes; Megabyte MB corresponde a 1024 kb ou 2 20 bytes; Gigabyte GB corresponde a 1024 MB ou 2 30 bytes; Terabyte TB corresponde a 1024 GB ou 2 40 bytes; Adequado p/ sistemas digitais => circuitos eletrônicos que trabalham com apenas 2 níveis de tensão são mais simples que com 10 níveis de tensão; Ex.: Valor 11,625d = 1011,101b 11,625d =

13 Contagem no Sistemas Binário

14 Representação das Quantidades Binárias A informação processada por um sistema digital em geral será de natureza binária. Esta poderá representar um dispositivo que só apresenta 2 estados possíveis de operação, exemplos: Chave (aberta/fechada); Válvula (aberta/fechada); Lâmpada (acessa/apagada); Diodo (conduzindo/não conduzindo); Relê (energizado/não energizado). Em sistemas eletrônicos a informação binária representa uma tensão elétrica, em geral 0 e 5V, para os bits 0 e 1, respectivamente. Na verdade serão faixas de tensões: de 0 a 0,8V representará o bit 0; de 2,0 a 5,0V, o bit 1, para os circuitos digitais TTL.

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16 Sistemas Octal Composto de 8 algarismos ou símbolos (0,1,...7) Também chamado de Base 8. Sistema de numeração posicional Cada dígito tem o seu peso em potências de 8; Com N Dígitos decimais pode-se ter 8 N valores diferentes Ex.: N=3 => 000o.

17 Contagem no Sistemas Octal

18 Sistemas Hexadecimal Composto de 16 algarismos ou símbolos (0,1,...9, A,...F) Também chamado de Base 16. Sistema de numeração posicional Cada dígito tem o seu peso em potências de 16; Com N Dígitos Decimais pode-se ter 16 N valores diferentes.

19 Contagem no Sistemas Hexadecimal

20 Conversão entre Sistemas de Numeração Binário, Octal e Hexadecimal => Decimal Usar notação posicional somando-se as potências Decimal => Binário, Octal e Hexadecimal Usar método de divisões sucessivas Binário => Octal e Hexadecimal Usar agrupamento de bits e tabela de conversão

21 Conversão de Binário p/ Decimal Usando o valor posicional Resultado: Valor binário 1011,101b = 11,625d Exemplo: Valor binário 11011b = 27d

22 Conversão de Octal p/ Decimal Usando o valor posicional 2745,214o = = 1.509, Exemplo: 372o = = 250d

23 Conversão de Hexadecimal p/ Decimal Usando o valor posicional 1F9,D2H = = = ,8125+0, = = 505, Exemplo: 356H = = 854d

24 Conversão de Decimal p/ Binário Usando o método de divisões sucessivas por 2

25 Conversão de Decimal p/ Octal Usando o método de divisões sucessivas por 8

26 Conversão de Decimal p/ Hexadecimal Usando o método de divisões sucessivas por 16

27 Conversão de Binário p/ Octal Usando agrupamento de bits e tabela de conversão Exemplo: b => Octal b = = 472o Conversão de Binário p/ Hexadecimal Usando agrupamento de bits e tabela de conversão Exemplo: b => Hexa b = = 3A6H 3 A 6

28 Código BCD O Código BCD (Binary-Coded Decimal) ou Decimal Codificado em Binário, surgiu da necessidade de obter valores Decimais a partir de Códigos Binários, uma vez que os sistemas digitais internamente são de natureza binária, porém o mundo externo é de natureza decimal. Como serão codificados os dígitos de 0 a 9, são necessários 4 bits para cada código Exemplo: 847d = em BCD 8 4 7

29 É obvio então, que somente os códigos de 0000 a 1001, que representam 0 a 9, são pertencentes ao código BCD; Os códigos 1010 a 1111, ou A a F, não fazem parte do código BCD. Comparação entre BCD e Binário Puro Observar a diferença entre codificar um número em BCD e Binário Puro, veja no exemplo a seguir: 137d em binário puro = b => 8 bits. 137d em BCD = b => 12 bits.

30 Código Gray O Código Gray, é dito de "variação mínima" pois somente um bit muda quando se passa de um código a outro; Não sendo do tipo posicional não se presta a operações aritméticas; É aplicado em operações de E/S pois evita possíveis ambiguidades que podem ocorrer quando se passa de um código para outro.

31 Código Gray Ex.: se o código vai de 7 para 8, todos os 4 bits em binário puro mudam de estado: 0111 => 1000 Se todos eles não mudarem ao mesmo tempo, vão ser gerados códigos errados, como quando o MSB muda de estado antes dos outros: 0111=>1111

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34 Código ASCII O Código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) é um código Alfanumérico pois a codificação é feita para símbolos e não para valores numéricos; São codificadas as 26 letras minúsculas do alfabeto, as 26 maiúsculas, os 10 algarismos, além de alguns caractéres de controle como CR, LF, etc. Este código se tornou um padrão por ser de larga utilização em sistemas computacionais.

35 Alguns Símbolos da Tabela ASCII

36 Observe que os códigos apresentados são de 7 bits, podendo portanto, codificar 128 símbolos. Há ainda, o ASCII estendido com códigos de 8 bits, e esse conjunto codifica 256 caracteres sendo padronizado pelo ISSO Exemplo: UTFPR codificado em ASCII H 54H 46H 50H 52H U T F P R